张静冉　郝变果

【摘要】变压器是变电站最重要的电气设备，它的安全稳定运行对电力系统至关重要，因此，它对继电保护的要求很高，而差动保护作为变压器的主保护，它的性能将直接影响变压器保护的可靠工作和安全运行，本文重点分析了差动保护不平衡电流及保护种类。

【关键词】变压器；差动保护；不平衡电流

一、变压器差动保护原理

差动保护作为变压器的主保护，是利用循环电流的原理构成的，也就是将各侧电流的相量（即大小和相位）进行相加，其保护范围是各侧电流互感器之间的区域。因变压器各侧电流互感器以及其它诸多因素影响，在正常运行和外部故障时，其差动保护回路中均会有不同程度的不平衡电流产生。

二、差动保护不平衡电流分析

1、由各侧电流互感器变比之间不匹配产生。理想情况下变压器高、低压两侧流入差动回路的电流应相等，即高、低侧电流互感器变比的比值应等于变压器的变比，从而使流入差动回路的电流为零。但实际电流互感器的变比都是整数且选取的变比将受标准变比的限制，而变压器的变比不变，因而会产生不平衡电流。

通常利用平衡线圈进行磁补偿，平衡线圈通常接入二次电流较小的一侧。合理选择平衡线圈的匝数，使差动线圈产生的磁势和平衡线圈产生的磁势相互抵消，二次线圈里就不会感应电势，则在差动继电器中也将不会有电流流过。计算得出的平衡线圈的匝数通常不是整数，且匝数不能连续调整，因此还会存在一定的不平衡电流。

2、由变压器两侧电流相位不同产生。由于变压器绕组的接线组别不同，通常两侧相差30°角。假如各侧的电流互感器仍按通常的接线方式，则二次电流相位也将相差30°角，差动保护回路势必会产生一定的不平衡电流。

通常采取电流互感器接线方式的不同与其相适应。变压器的星形接线侧，其对应的电流互感器采用三角形接线，变压器的三角形接线侧，则其对应的电流互感器采用星形接线，如此调整后，变压器两侧电流互感器二次侧输出电流相位将完全相同。

3、由变压器带负荷调节分接头产生。正常运行时，利用有载调压变压器带负荷调节变压器的分接头，是调整系统运行电压的一种方法。分接头的调节改变了变压器的变化。如果差动保护已经按某一运行方式下的变比调整好，分接头的改变将使已选电流互感器变比之间更不匹配，将会在差动继电器中产生不平衡电流。

4、由变压器本身的励磁涌流产生。励磁电流仅流经变压器一次绕组的一侧，正常情况下和区外故障时，变压器的励磁电流均很小，对差动保护的影响几乎可忽略不计。当系统异常，如在变压器空载投入和外部故障切除后恢复供电时，励磁电流可能激增，其值最大可达额定电流的6-8倍，称为变压器的励磁涌流。为确保差动保护能躲过励磁涌流，实际必须做空载合闸试验。

5、由变压器外部故障时穿越性短路电流产生。变压器外部故障的暂态过程中，一次系统的短路电流含有一定的非周期分量，由于它很难变换到二次侧，因此主要成为互感器的励磁电流，导致互感器的铁心严重饱和。由于变压器差动保护是瞬时动作，必须充分考虑外部故障暂态过程中不平衡电流对差动保护的影响。

带速饱和变流器的差动继电器，在很大程度上能躲过变压器励磁涌流及保护区外故障时的不平衡电流，且有较大的可靠系数，它在一次线圈中通过暂态不平衡电流时，其二次侧感应的电势很小，流入差动继电器的电流极小，不会引起差动继电器动作，是克服暂态过程中非周期分量对差动保护影响的有效方法。

三、差动保护种类及比较

1、电磁式差动保护

电磁式继电器构成的变压器差动保护，理想情况下，在正常情况和外部故障时流入差动继电器的电流应为零，保护装置不应动作。而实际上，由于空载变压器投入、外部故障切除时产生的励磁涌流数值很大，且励磁涌流只存在于变压器的一次绕组中，有可能导致差动保护误动作。差动保护所用的各侧电流互感器由于电压等级不同、容量、变比、磁饱和特性等方面不一致，导致电流互感器之间的变比匹配可能不够理想，由此产生的不平衡电流流入差动回路，有可能引起差动保护不正确动作。

2、微机型差动保护

微机型差动保护由差动电流速断和二次谐波制动的比率差动组成。另外还配置了差动电流过大告警及CT断线等保护功能。并针对在差动回路CT断线或接触不良时差动保护容易发生误动的问题，设计了CT断线闭锁功能，并可选择闭锁或不闭锁差动保护。

（1）差动电流速断保护

差动电流速断保护是装设在差动回路内的电流速断保护，任一相差动电流大于整定值时瞬时动作。装设差动电流速断保护，是为了防止在比较严重的区内故障情况下，由于电流互感器严重饱和，电流的二次波形发生畸变，导致带二次谐波制动的比率差动保护拒动。

（2）比率差动保护

由于差动电流速断保护的定值整定的比较大，灵敏度往往不能满足要求，因此设置比率制动式差动保护。使差动保护在变压器轻微故障时不带制动量，灵敏度较高。而在较严重的区外故障时，制动量则相对较大，提高保护动作的可靠性。为避免变压器在空载合闸或外部短路故障切除后系统电压恢复时，出现很大励磁涌流对比率差动保护的影响，设置了二次谐波闭锁比率差动保护。由于励磁涌流中含有大量的高次谐波，其中以二次谐波为主，主要是利用差动电流中二次谐波含量和基波的比值为制动判据，若被判定为励磁涌流，则闭锁比率差动保护，有效防止励磁涌流对变压器差动保护的影响。电流平衡调整就是给变压器设置一个差动平衡调节系数，通过“差动平衡调节”来消除不平衡的电流影响。即通过修改低压侧的比例系数平衡高压侧的二次电流，差动平衡调节系数的调节使比率差动保护对电流互感器变比不一致误差等因素的影响几乎可忽略。变压器差动保护的移相任务可通过高压侧电流互感器Y/△调整，也可投控制字交给软件计算。

四、结束语

通过对变压器不平衡电流的分析及微机差动保护的分析和探讨，进一步表明采用微机差动保护可有效避免外部短路时的不平衡电流和励磁涌流造成的变压器差动保护误动。电力系统继电保护现已发展到了微机保护阶段，我国的微机保护的研究和制造均已居于国际先进水平，随着对电网及二次改造的不断深入，变电站将全部实现微机保护，变压器保护的可靠工作和安全运行将得到保证和进一步提高。